JP4388071B2 - 櫓、橋げた、主懸架ケーブル、懸架バー及び対角ケーブル支索を具備する橋構造 - Google Patents

Description

本発明は、約500ｍのスパン（支間）を超すスパンを有する橋に係り、該橋は、従来の懸架式橋及びケーブル支索式橋に対する代替物を形成する。

今日まで、懸架式橋だけが、1000ｍを超えるスパン（支間）に使用されてきており、世界的に、1000〜2000ｍの範囲のスパンを有する多数の橋が建設されてきた。一般的な懸架式橋は、中央橋げた（ビーム）を具備しており、その中央橋げたは、２つの平行な懸架ケーブルから、橋げたと懸架ケーブルとの間の垂直懸架ハンガー（吊部材）により懸架される。懸架ケーブルは、橋スパン（支間）の各端部において櫓（タワー）により支持されており、これらの櫓を越えて続いており、最終的に岩又はコンクリートの基礎に固定される。櫓（タワー）は通常、Ａ又はＨとして設計されており、中央に延びる橋げたの各側部に１つの脚を有し、更に橋げたの上及び下の両方において脚間に横梁（クロスビーム）を有する。

1000ｍを超えるスパン（支間）に関して、風が構造への主要荷重を形成しており、構造があらゆる作用する風条件において空気力学的に安定するように製作されなければならないと同時に、橋げたは風力に耐え得るように設計されるという、構造的思想を選択することが重要である。これらの事項は結局、材料の使用、重量及び費用の範囲を決定する。

長いスパンに関して、橋構造の自重（デッドウェイト）は、風環境が橋の動的挙動及び空気力学的設計に影響すると同時に、交通荷重に比較すると、より大きな支配的静荷重となる。スパンを増大することにより、従来の懸架式橋構造は、プロジェクトの実現を経済的に排除する、自重及び質量に達する。これを解説すると、２つの車線を有する1000ｍの橋に関する橋げたと懸架ケーブルと交通荷重との間の荷重比は、約６０対２０対２０％であるが、同様な2000ｍの橋に関しては、対応する比（値）は、５５対３５対１０％である。運搬するべき全体の比重量は同時に、橋げたのメーター（ｍ）当りで、約１２ton／ｍから１６ton／ｍに増大する。

費用の面で克服できないために実現されなかった、1000ｍを超えるスパンにより多くの線引きの可能性が存在する。その様な構造に関して、費用を軽減することには、多大の利点が存在する。このことは、空気力学的安定性を維持すると同時に、橋の自重を減少させることにより、実現されなければならない。構造が、健康、環境及び安全に対する厳格な要求に対応する、予期可能で合理的な状態で、建造可能であることが、やはり必要である。

１９世紀及び２０世紀に建造された多数の橋が、対角ケーブル支索（ステイ）及び懸架バーの組み合わせを使用していた。最も良く知られたものは、１８８３年完成した486ｍスパンのBrooklyn Bridge(ブルックリンブリッジ）である。対角支索及び懸架ハンガー（吊部材）は、全体のスパンにわたって重なっており、従って非常に冗長な静的システム（装置）を提供している。構造は、最適ではない状態で、より堅い（即ち、剛性の高い）ケーブル支索式橋システム（装置）をフレキシブルな懸架式橋システム（装置）と組み合わせている。

NO 107352は、対角支索と懸架ケーブルとの組み合わせを開示するが、しかし分離した車線と組み合わせた中央運搬式要素は開示しない。

所謂、ハイブリッド（複合）ブリッジ（橋）では、櫓（タワー）に接近した対角支索（ステイ）は、スパン（支間）の中央部において懸架橋と組み合わされており、その様なハイブリッドブリッジが建造されてきた。例としては、アルジェリア（Algeria）のシディメシッド（Sidi Me Cid）（164ｍ）橋、及び日本のNagisia橋（110ｍ）がある。

分離式車線及び中央モノタワー（単一櫓）と単独で組み合わされた対角支索は、1018ｍのスパン（支間）を有する、香港のStonecutter Bridge（ストーンカッターブリッジ）において使用されているが、対角支索は、ブリッジデッキ（橋床構造）の外側に配置される。より長いスパン（支間）により、この構造のタイプは、次第に高価になり、建造中に安定性の問題を生じる。

本発明は、風安定性に含まれる問題を、その間に幅広い空隙を有する分割式ブリッジデッキ（橋床構造）を利用することにより解決し、その分割式ブリッジデッキは、櫓に近接した片持ち（カンチレバー）コンクリート橋部分に加えて、ケーブル支索部分及びその後中央懸架スパンが続いており、より剛性のあるブリッジデッキを形成する。ブリッジデッキ間の距離は、橋の横方向の剛性を決定する。この距離は、変化可能であり、橋の材料及び質量の軽減に寄与する。この種類の変形形態は本質的に、従来の懸架式橋構造には可能ではない。更に、中央櫓と対角支索との組み合わせ及び中央懸架ケーブルと傾斜式懸架バーとの組み合わせを有する、分割式ブリッジデッキは、それ自身において、ブリッジデッキの捻り安定性を向上させる、三角形構造を形成する。向上した捻り安定性は、橋の空気力学的安定性を改善する。

建造における安全についての要求に関して、一方の側からの片持ち橋部分（片持ちコンクリート橋及び対角ケーブル支索橋）は、建造中に増大する安定性の問題に遭遇し、それは、支持されない長さの二乗に比例しており、その一方で、懸架式橋は、懸架ケーブルが現場においてエアスピニング工法により最初に配置されるので、より以上に安定した構造を形成する。１つの櫓から他方の櫓への懸架ケーブルスパン（支間）は、全体の安定性に寄与する一方で、ハンガー、支索及びブリッジガーダー（橋げた）要素等の別の要素は、ケーブルのスピニングと同時に、要素ごとに素早く組立られる。

片持ちコンクリート構造は、櫓に最も近接する橋の部分に関する最も安価な代替形態であるが、しかしこの方法だけでは、非常に限定されたスパンを提供する（費用により決定されるスパンは最大で400ｍ）。対角ケーブル支索の方法は、より短いスパンに関して幾分より高価なものであるが、しかしかなりより長いスパンに関して使用可能である（費用により決定されるスパンは、最大で約1000〜2000ｍである）。懸架式橋の方法は、より短いスパンに対してメーター（ｍ）当り比較的高い価格を要求するが、しかし非常に長いスパンに使用可能である。かって建造された最も長いスパンは、1998から1991ｍである（明石海峡）。懸架式橋の価格レート（程度）は、スパンの増大と共に非常に増大するが、主に、主ケーブルの重量トン数の増大及び風安定性問題の増大による。

本発明は、片持ち、対角ケーブル支索及び懸架式橋の直列組み合わせを利用することにより、長スパン橋の建造費用を顕著に減少する。この組み合わせは、純粋な懸架式又はケーブル支索式橋に比較すると、材料の顕著な減少を結果として生じる。

本発明の目的は、請求項１の特徴記述部分に記述される形態により到達される。更なる有利な形態及び特性は、従属請求項に開示される。

本発明の制限されない説明及び例が、添付図面を参照して以下で説明される。

図１は、２基の単一櫓（モノタワー）１と、１つの中央主懸架ケーブル２と、片持ち（カンチレバー）コンクリート橋部分３と、対角（ダイアゴナル）ケーブル支索（ステイ）部分４と、懸架橋部分５とを具備する、本発明に従う橋を示す。片持ちコンクリート橋部分３は、例えば50ｍから最大で200ｍまで張り出し可能であり、対角ケーブル支索部分４は、片持ち部分３の後に続いて設けられており、約500ｍまで張り出し可能である一方で、懸架橋部分５は、この例において、約2000ｍまで、残りの間隙を越えて橋渡し（スパン）している。約1300ｍの総支間（スパン）を有する橋に関して、それぞれの長さは概略、100ｍ、250ｍ及び600ｍ（即ち、２ｘ100ｍ＋２ｘ250ｍ＋600ｍ＝1300ｍ）であっても良い。2700ｍの支間（スパン）を有する橋に関する対応する構成は、例えば、100ｍ、450ｍ及び1600ｍで計2700ｍであっても良い。片持ち橋部分３は、幾分、よりフレキシブルな対角ケーブル支索部分４に繋がる、剛な要素を形成しており、一方で懸架橋部分５は、対角ケーブル支索部分４の間で最もフレキシブルな部分を形成する。片持ち橋と対角ケーブル支索橋と懸架橋とのこの組み合わせにおいて、懸架橋部分は減少されており、その結果、前記組み合わせは、顕著により軽くより薄い主懸架ケーブルを提供可能とし、橋の総費用を大幅に軽減する。

図２は、本発明の１つの例に従う橋の横断面を示しており、そこでは横断面は、橋の懸架橋部分における断面である。２つのブリッジデッキ（橋床構造）６は、横方向の距離を変化させる状態で伸長しており、ブリッジデッキ６の内側において、横断ビーム（梁又は桁）７によりお互いに接続する。主懸架ケーブル２に固定されたハンガー（吊部材）９は、ブリッジデッキ６の内側において横断ビーム７の各端部まで下方向に伸長する。ハンガー９（及び対角ケーブル支索８）は、ブリッジデッキ６の内側において固定されるので、長いフレキシブルなアーム（腕）を有する検査車両は、ブリッジデッキ６の下に容易に到達可能であり、更にアームが定常的にブリッジデッキ６の下の位置から引き込まれたりその下の位置に押し出されることを必要とする、ハンガー９（又は対角ケーブル支索８）等の障害物に出会うことなしで、ブリッジデッキ６の方向に沿って容易に移動できる。

図３は、本発明の１つの例に従う橋の横断面を示しており、そこでは横断面は、橋の対角ケーブル支索部分４における断面である。ブリッジデッキ６は、横断ビーム７により接続させられる。ブリッジデッキ間の距離は、図２に比べると大きくなっている。対角ケーブル支索は、横断ビーム７から単一櫓１まで伸長する。

図４は、本発明の１つの例に従う橋の横断面を示しており、そこでは横断面は、橋の片持ち部分３における断面である。ブリッジデッキ６は、単一櫓１の各側部において伸長しなければならない（ブリッジデッキ６間の距離は、その（ブリッジデッキのある）高さにおける単一櫓１の外側寸法に対応する）ので、ブリッジデッキ６は、より遠くに離れている。ブリッジデッキ６は、強い横断ビーム（梁）７により、単一櫓に固定される。本発明に従い、ブリッジデッキ６は、単一櫓１の一方の側又は両側において内側に曲がっているので、それにより横断ビーム７の長さ及び重量を減少させる。加えて、この種類の設計は、審美的満足及び優雅な外見を提供する傾向がある。

単一櫓の代わりに、本発明の別の例による代替の櫓設計を使用することが可能である。可能な設計は、Ａ櫓、Ｈ櫓、Ｘ櫓又はＶ櫓である。更に、別の櫓設計もまた可能である。

建造は以下の状態で実施可能である。
−幅及び壁厚が変化する中空ボックス（箱体）として形成された櫓は、滑る形態及び／又は登る形態で建造される。従来の時間と費用を浪費する横断ビームは、回避可能である。全ての材料輸送及び作業者の交通（アクセス）は、櫓内部に配置可能であり、風及び気象条件から保護可能である。外部櫓クレーンは、不要である（このことは、櫓が1000ｍの支間（スパン）を有する橋に関して約170ｍで、2000ｍの支間（スパン）を有する橋に関して約300ｍの高さであるので、重要事項である）。
−橋ビームのコンクリート片持ち部分の建造は、正規の高さに到達するとすぐに、開始可能であり、櫓のより以上の上昇と同時に大規模に実施可能である。
−対角ケーブル支索部分の建造は、主懸架ケーブルがエアスピニング工法により製作されるのと同時に、実施可能である。
−Ｈ櫓の各側部に従来の２つのケーブルを設置する方法に比べて、１つだけの中心の主懸架ケーブルを配置する方法の方が、より一層効率的である。
−懸架橋部分におけるブリッジデッキは、より大きなユニットで、事前製作され、組み立てられる。

本発明は、従来の懸架式橋の建造に比べて、より短い建造時間と気象に対してより影響され難い建造方法（プロセス）を提供可能であり、このことは結果として、顕著な費用節減を提供する。ブリッジデッキの内側における対角ケーブル支索及びハンガーの接続は、検査のための「ブリッジリフト（bridge lift）」の交通（アクセス）及びブリッジボックスの保守を容易にする。中心主懸架ケーブルは、ケーブル及びハンガーの検査及び保守のための大きく且つ安全なプラットフォームを提供する。

本発明に従い、片持ち橋と対角ケーブル支索橋と懸架橋との直列の組み合わせは、種々の要素（櫓付近での剛な状態から櫓から離れた地点でのフレキシブルな状態まで）間における有利な移動を可能にする、フレキシブルで且つ剛な特性の組み合わせを有する、橋構造を提供しており、その結果、多大な垂直及び水平荷重を支持する最適の能力を提供する。同時に、各橋部分は、その最も最適な、費用節約位置において使用される。本発明は、種々の建造原理間の共同作業を提供し、最適な構造、顕著により短い建造時間、顕著なより低い費用及びより容易な保守を実現する。

図１は、本発明による橋の側面図である。 図２は、本発明による懸架橋部分の横断面図である。 図３は、本発明による対角ケーブル支索部分の横断面図である。 図４は、本発明による片持ちコンクリート部分の横断面図である。 図５は、本発明による橋の立体図であり、ケーブル固定状態が示される。 図６は、本発明による橋の立体図であり、図５とは異なるケーブル固定状態が示される。

Claims (5)

1. 櫓とブリッジデッキと主懸架ケーブルと更に懸架ハンガーと対角ケーブル支索とを具備する、橋において、
   この橋は、対角ケーブル支索部分（４）と懸架橋部分（５）との直列の組み合わせを具備しており、
   前記主懸架ケーブル（２）は、少なくとも１つの中心主懸架ケーブルを具備しており、
   前記ブリッジデッキ（６）は、それらの間で一定の又は変化する距離で配置される２以上の分離したデッキを具備しており、
   前記２以上の分離したデッキは、横断ビーム（７）又は別の支柱により接続されており、
   前記対角ケーブル支索（８）及び前記懸架ハンガーは、前記横断ビーム又は別の支柱又は前記ブリッジデッキに固定されており、
   前記懸架ハンガーと前記主懸架ケーブルと前記横断ビーム又は別の支柱は、前記橋の横方向に設けられた垂直平面において、三角形の構造システムを形成することを特徴とする橋。
2. 前記橋は更に、片持ち橋部分（３）を具備しており、前記片持ち橋部分は、前記対角ケーブル支索部分の前で前記櫓（１）の最も近くに配置されることを特徴とする請求項１に記載の橋。
3. 前記櫓は、中心単一櫓（１）又は別の櫓構造を形成しており、そこでは前記少なくとも２以上のブリッジデッキ（６）は、前記中心単一櫓（１）又は別の櫓構造の外側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の橋。
4. 前記少なくとも１つの中心主懸架ケーブル（２）は、前記中心単一櫓（１）又は別の櫓構造の側部を越えて又はそれを介して又はそれに対して伸長しており、前記懸架橋部分（５）は、前記少なくとも１つの中心主懸架ケーブルにより支持されることを特徴とする請求項３に記載の橋。
5. 対角ケーブル支索（８）及び懸架ハンガー（９）は、前記ブリッジデッキ（６）の内側に固定されることが好ましいことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の橋。

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